本文關鍵詞：錫及其氧化物薄膜材料的電磁和光學性質(zhì)研究

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【摘要】：本論文計算方法采用基于密度泛函理論的第一性原理投影綴加平面波法,論文中我們主要計算研究了二維SnO_2納米面及錫烯的電子性質(zhì)和能帶結構。首先,我們計算了3d過渡金屬原子(Cr,Mn,Fe,Ni)摻雜二維SnO_2納米面的電子性質(zhì)、能帶結構以及光學性質(zhì)。實驗結果表明二維SnO_2納米面結構屬于無磁直接帶隙半導體材料,帶隙大小為2.75eV。研究發(fā)現(xiàn)Cr,Mn,Fe原子摻雜SnO_2NSs會分別引入2Bm,-3Bm,2Bm的磁矩,而Ni原子摻雜SnO_2NSs后結構依舊保持無磁特性。在光學性質(zhì)方面,摻雜3d過渡金屬原子(Cr,Mn,Fe,Ni)后SnO_2NSs的光學吸收邊發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象。而且在可見光區(qū)域內(nèi)的光學吸收強度、折射率和反射率都有明顯提高。這些發(fā)現(xiàn)對設計太陽能電池、光電裝置和光催化劑有重要應用。其次,論文中我們還進行了3×3錫烯吸附3d過渡金屬原子電子性質(zhì)和磁性的相關計算。研究發(fā)現(xiàn)除了V原子外,錫烯吸附TM原子的最穩(wěn)定位置均處于hollow位。V,Cr,Mn,Fe和Co吸附原子會使錫烯體系引入磁性,磁矩主要來源于TM吸附原子;而錫烯吸附Ni,Cu和Zn原子體系則繼續(xù)保持無磁特性。V,Cr,Mn,Cu吸附原子會使錫烯表現(xiàn)出金屬性質(zhì),錫烯吸附Co原子會表現(xiàn)出半金屬性質(zhì),而吸附Ni和Zn原子后高對稱點處會打開一定帶隙表現(xiàn)出半導體特性。更為重要的發(fā)現(xiàn)是,錫烯吸附Fe原子后表現(xiàn)出自旋雙極化無帶隙磁性半導體性質(zhì),這些結果對設計可控自旋電子器件提供理論依據(jù)。同時,我們用4×4的錫烯吸附3d TM原子對實驗結果進行驗證。實驗結果表明體系總磁矩、局域磁矩以及電荷轉(zhuǎn)移量與3×3錫烯吸附3d過渡金屬原子的計算結果高度一致,從而證明了我們計算結果的準確性。在錫烯應力計算中,我們得出錫烯在承受2%以內(nèi)的壓力時,可以保持自身性質(zhì)不發(fā)生變化,隨著壓力或拉力的增大,錫烯在高對稱點處的能帶會呈現(xiàn)規(guī)律性變化。在錫烯納米帶計算中,我們分別構建了armchair和zigzag兩種邊緣類型的錫烯納米帶,并對兩種類型不同寬度的錫烯納米帶進行了相應能帶計算。實驗結果發(fā)現(xiàn)armchair邊緣類型的錫烯納米帶均表現(xiàn)出直接帶隙無磁半導體特性,而且?guī)洞笮〕什ɡ诵乌厔葑兓�。而在zigzag納米帶中,只有寬度為2的zigzag2納米帶是無磁的零帶隙半導體,其他五種zigzag構型的錫烯均表現(xiàn)出磁性金屬特性。zigzag納米帶中的磁矩主要來源于與H原子成鍵的Sn原子.最后我們研究了錫烯/MoS_2異質(zhì)結的電子性質(zhì)和能帶結構,實驗結果表明MoS_2襯底可以使錫烯打開一個較大的帶隙,帶隙范圍在71.9-76.5meV之間,并且在狄拉克點處的線性能帶色散特性被完整保留。與此同時,我們發(fā)現(xiàn)通過改變錫烯與MoS_2襯底的層間距離和外加應力,可以實現(xiàn)錫烯帶隙大小的有效調(diào)節(jié)。這些實驗結果為我們以后設計錫烯異質(zhì)結提供了新方向。
【關鍵詞】：二氧化錫 錫烯 第一性原理 吸附 電子性質(zhì)
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 研究內(nèi)容16-17
• 第二章 研究方法及理論基礎17-21
• 2.1 密度泛函理論介紹17-19
• 2.1.1 多粒子體系薛定諤方程17-18
• 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理18
• 2.1.3 Kohn-Sham方程18-19
• 2.2 交換關聯(lián)能近似19-20
• 2.2.1 局域密度近似(Local Density Approximation, LDA)19-20
• 2.2.2 廣義梯度近似(Generalized Gradient Approximation, GGA)20
• 2.3 平面波基組和贗勢20-21
• 第三章 3d過渡金屬原子摻雜SnO_2納米面磁性和光學性質(zhì)的研究21-31
• 3.1 本章引言21
• 3.2 理論模型的建立與計算21-22
• 3.3 結果與分析22-28
• 3.3.1 本征結構和形成能計算22-23
• 3.3.2 電子結構和磁性分析23-28
• 3.4 光學性質(zhì)28-30
• 3.5 本章小結30-31
• 第四章 3d過渡金屬原子吸附錫烯電子性質(zhì)調(diào)控和磁性的研究31-43
• 4.1 本章引言31
• 4.2 模型建立及計算方法31-32
• 4.3 結構優(yōu)化與形成能計算32-34
• 4.4 電子性質(zhì)和磁性分析34-39
• 4.5 錫烯受力研究39-40
• 4.6 本章小結40-43
• 第五章 氫修飾對不同錫烯納米帶結構電子結構的研究43-49
• 5.1 本章引言43
• 5.2 計算方法與納米帶模型構建43-44
• 5.3 電子性質(zhì)和能帶結構44-47
• 5.4 小結47-49
• 第六章 錫烯/MoS_2異質(zhì)結電子性質(zhì)和能帶調(diào)控的研究49-59
• 6.1 引言49-50
• 6.2 模型建立和計算方法50-51
• 6.3 錫烯/MOS_2異質(zhì)結的電子性質(zhì)和能帶結構51-54
• 6.4 層間距對異質(zhì)結能帶結構的影響54-55
• 6.5 外加應力對異質(zhì)結能帶結構的影響55-57
• 6.6 本章小結57-59
• 第七章 結論和展望59-61
• 參考文獻61-69
• 致謝69-71
• 附錄71

【參考文獻】

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1 張義華,王學勤,王祥生,牛德芳;納米SnO_2的制備及其氣敏特性分析[J];傳感器技術;1999年06期

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本文編號：541303